加工头部制造技术

本发明专利技术涉及一种用于将激光射束(100)耦合到液体射流(200)中的加工头部(1)。该加工头部(1)包括带有至少一个光学元件(20,21.1，...，21.4)的用于使激光射束(100)聚焦的光学单元(2)和带有通过壁限制的液体腔(32)的耦合单元(3)，其中，在壁中布置带有用于产生液体射流(200)的喷嘴孔(37)的喷嘴(33)。在所述耦合单元(3)与光学单元(2)相连接的状态中，可通过光学单元(2)聚焦的激光射束(100)可在射束方向上穿过耦合单元(3)的液体腔(32)指向喷嘴孔(37)并且可耦合到可由喷嘴(33)产生的、在射束方向上行进的液体射流(200)中。为了从光学单元(2)中利用液体供给液体腔(32)，在光学单元(2)和耦合单元(3)之间形成液体接口(50)，其中，在耦合单元(3)与光学单元(2)相连接的状态中，液体接口(50)在射束方向上观察布置在光学单元(2)的在射束方向上观察最后的光学元件(20,21.4)之前。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加工头部
本专利技术涉及一种用于将激光射束耦合到液体射流中的加工头部，其包括带有至少一个光学元件的用于使激光射束聚焦的光学单元和带有通过壁限制的液体腔的耦合单元，其中，在壁中布置带有用于产生液体射流的喷嘴孔的喷嘴。在耦合单元与光学单元相连接的状态中，可通过光学单元聚焦的激光射束可在射束方向上穿过耦合单元的液体腔指向喷嘴孔并且可耦合到可由喷嘴产生的、在射束方向上行进的液体射流中。在此，为了从光学单元中利用液体供给液体腔，在光学单元与耦合单元之间形成液体接口。
技术介绍
已知一种激光加工装置，在其中，激光射束被耦合到细的水射流中，以便如在光学波导器中那样将激光射束引导至材料加工部位。这种激光加工装置具有的优点是，激光的能量在水射流的长度上集中到水射流的横截面上。相应地，在相对于材料加工部位的距离变化的情况中，不必不断地跟踪激光射束的焦点。此外，这种装置具有的优点是，可通过水射流连续地冷却待加工的材料。为了能产生细的水射流并且为了可将激光射束耦合到该水射流中，这种类型的激光加工装置具有加工头部。该加工头部可以多种方式构造和成型。如此，其例如可被放入激光加工装置的剩余部分中，从而带有耦合的激光射束的水射流在一定程度上从激光加工装置的壁中离开。在这种情况中，可使待加工的对象在该壁之前相对于加工头部运动，由此使得带有经耦合的激光射束的水射流可到达对象的待加工的部位。但是，也存在的可能性是，加工头部形成激光加工装置的自由的、远侧的端部，或者布置在激光加工装置的可动的臂的自由的、远侧的端部处。这实现了，可使带有经耦合的激光射束的水射流在待加工的对象上运动，以便于利用水射流到达待加工的部位。与加工头部如何精确地成型无关，加工头部通常通过光学单元以及耦合单元形成。在此，光学单元包括至少一个光学元件，例如棱镜或棱镜组，以便于使激光射束聚焦。相反地，耦合单元包括带有用于产生液体射流的喷嘴孔的喷嘴。在此，光学单元和耦合单元在加工头部中彼此布置成，使得光学单元可如此使激光射束聚焦到液体射流中，使得激光射束耦合到液体射流中。在SynovaS.A.的文献EP1833636B1中描述了这种类型的加工头部的示例。该加工头部包括用于借助于液体喷嘴产生液体射流的耦合单元。此外，该加工头部包括光学单元，借助于该光学单元将激光射束聚焦到液体喷嘴的液体通道中，以便于将激光射束耦合到液体射流中。耦合单元包括边框、窗元件以及封闭件。在边框的上侧上布置有用于光学单元的锥体形孔。在该锥体形孔的下端部处，边框具有肩部，窗元件在其上侧处贴靠在该肩部处。封闭件布置在窗元件的下侧上并且向下封闭在窗元件与封闭件之间的薄的、盘形的间隙。该间隙用作用于液体喷嘴的液体输送管路，液体喷嘴被插入在封闭件的上部的面向间隙的侧中的凹口中。该液体喷嘴具有中央通道，其形成细的液体射流，激光射束被耦合到该液体射流中。这种加工头部的缺点是，其垂直于液体射流具有大的宽度。此外，液体射流仅仅在有限的长度上是稳定的。随后，其分散成单个液滴，这些液滴在下落长度上过渡成稍微展平的、近似球形的液滴。由于仅仅稳定的液体射流可用作用于激光射束的光导体，因此从液体喷嘴直至待加工的部位的可用距离受限。这导致，利用这种加工头部虽然可无问题地加工大致面式的加工件。但是，如果在三维加工对象的范围中也应加工难以接近的部位，这种加工头部是不合适的。在这种情况中，如果对象保持在足够靠近加工头部处以便利用带有被耦合的激光射束的稳定的液体射流到达待加工的部位，则加工头部可能由于其宽度撞向待加工的对象。
技术实现思路
本专利技术的目的是，实现属于开头所述
的加工头部，其也使得对象的三维加工成为可能。该目的的解决方案通过权利要求1的特征来限定。根据本专利技术，在耦合单元与光学单元相连接的状态中，液体接口在射束方向上观察布置在光学单元的在射束方向上观察最后的光学元件之前。在此，概念“液体接口”表示这样的部位，在该部位处液体从光学单元被继续引导到耦合单元处，以便于利用液体供给液体腔。为此，光学单元具有孔，用于液体腔的液体可从该孔中从光学单元中离开。此外，耦合单元具有孔，用于液体腔的液体可被引导到该孔中。在耦合单元与光学单元相连接的状态中，这两个孔彼此布置成，使得从在光学单元中的孔中离开的液体可流入在耦合单元中的孔中。由此，两个孔与可能包围在光学单元和耦合单元之间的区域一起形成液体接口，在该区域中从在光学单元中的孔离开的液体被引导至在耦合单元中的孔。在此，在耦合单元与光学单元相连接的状态中，这两个孔可面向彼此地直接相叠。在这种情况中，这两个相叠的孔形成液体接口。但是，这两个孔也可在侧向上稍微彼此错位地布置。与两个孔的布置方案无关地，光学单元和耦合单元此外可包围这样的区域，即在该区域中从在光学单元中的孔中离开的液体被引导到在耦合单元中的孔。该区域例如可通过一个或多个布置在光学单元与耦合单元之间的密封部限制。在这种情况中，液体接口在该区域上以及两个孔上延伸。光学单元的在射束方向上观察最后的光学元件是这样的光学元件，即，在激光射束离开光学单元并且在耦合单元中被耦合到液体射流中之前，作为在光学单元中的最后一个引导激光射束穿过的光学元件。因此，该最后的光学元件例如可为棱镜或棱镜组，可借助于其使激光射束聚焦。但是，在射束方向上观察最后的光学元件也可为窗部，其向外封闭光学单元并且自身不具有聚焦的性能。与在射束方向上观察最后的光学元件的具体实施形式无关地，根据本专利技术，液体接口在射束方向上观察布置在该光学元件之前，从而在激光射束经过光学单元的最后一个光学元件之前，通过光学单元被引导的激光射束首先被引导经过液体接口旁边或者被引导穿过液体接口。在此，对于根据本专利技术的解决方案来说不重要的是，耦合单元是可直接与光学单元相连接，还是耦合单元可通过中间元件与光学单元相连接。同样不重要的是，光学单元和耦合单元是如何精确构造的。那么，光学单元例如可作为独立的单元安装在激光加工装置处。由此，已经由属于激光加工装置的激光器产生的激光射束可被引导通过光学单元。可由光学单元使该激光射束聚焦并且耦合到由安装在光学单元处的耦合单元产生的液体射流中。但是，光学单元例如也可形成激光加工装置的放射管的端部区域，由属于激光加工装置的激光器产生的激光射束在该放射管中被引导。在这种情况中，放射管可为激光加工装置的一部分并且在其端部区域中过渡到光学单元中。在此，耦合单元例如可外部地固定在放射管的为光学单元的一部分的端部区域处。根据本专利技术的解决方案具有的优点是，加工头部可更小地设计。此外，加工头部在带有被耦合的激光射束的液体射流离开加工头部的区域中可构造成更窄。由此，可更简单地利用稳定的液体射流和耦合在其中的激光射束到达利用加工头部难以接近的部位。由此，相应地也简化了对象的三维加工。有利地，在耦合单元与光学单元相连接的状态中，液体接口具有液体接口面，其以相对于垂直于射束方向取向的平面成角度的方式取向。在此，液体接口面伸延通过液体接口，并且由此在光学单元的包围在光学单元中的孔的表面与耦合单元的包围在耦合单元中的孔的表面之间伸延。因此，如果在光学元件中的孔直接位于耦合单元的孔上，从而由光学单元引导到耦合单元的、用于供给液体腔的液体直接从在光学单元中的孔流入耦合单元的孔中，则液体接口面通过光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将激光射束(100)耦合到液体射流(200)中的加工头部(1)，其包括a)带有至少一个光学元件(20,21.1,...21.4)的用于使所述激光射束(100)聚焦的光学单元(2)，以及b)带有通过壁限制的液体腔(32)的耦合单元(3)，其中，在所述壁中布置有带有用于产生液体射流(200)的喷嘴孔(37)的喷嘴(33)，其中，在所述耦合单元(3)与光学单元(2)相连接的状态中，能通过所述光学单元(2)聚焦的激光射束(100)能在射束方向上穿过所述耦合单元(3)的液体腔(32)指向所述喷嘴孔(37)并且能耦合到可由所述喷嘴(33)产生的、在射束方向上行进的液体射流(200)中，其中，为了从所述光学单元(2)中利用液体供给所述液体腔(32)，在所述光学单元(2)和所述耦合单元(3)之间形成液体接口(50)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，所述液体接口(50)在射束方向上观察布置在所述光学单元(2)的在射束方向上观察最后的光学元件(20,21.4)之前。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.16 EP 14405051.51.一种用于将激光射束(100)耦合到液体射流(200)中的加工头部(1)，其包括a)带有至少一个光学元件(20,21.1,...21.4)的用于使所述激光射束(100)聚焦的光学单元(2)，以及b)带有通过壁限制的液体腔(32)的耦合单元(3)，其中，在所述壁中布置有带有用于产生液体射流(200)的喷嘴孔(37)的喷嘴(33)，其中，在所述耦合单元(3)与光学单元(2)相连接的状态中，能通过所述光学单元(2)聚焦的激光射束(100)能在射束方向上穿过所述耦合单元(3)的液体腔(32)指向所述喷嘴孔(37)并且能耦合到可由所述喷嘴(33)产生的、在射束方向上行进的液体射流(200)中，其中，为了从所述光学单元(2)中利用液体供给所述液体腔(32)，在所述光学单元(2)和所述耦合单元(3)之间形成液体接口(50)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，所述液体接口(50)在射束方向上观察布置在所述光学单元(2)的在射束方向上观察最后的光学元件(20,21.4)之前。2.根据权利要求1所述的加工头部(1)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，所述液体接口(50)具有液体接口面，其以相对于垂直于所述射束方向取向的平面成角度地取向。3.根据权利要求2所述的加工头部(1)，其特征在于，所述液体接口面平行于所述射束方向伸延。4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工头部(1)，其特征在于，所述耦合单元(3)在一方向上变细，其中，该方向在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中相应于所述射束方向。5.根据权利要求4所述的加工头部(1)，其特征在于，所述变细部是圆锥曲面形的。6.根据权利要求5所述的加工头部(1)，其特征在于，所述圆锥曲面形的变细部具有在圆锥曲面形的旋转对称的中心轴线和圆锥曲面形的外面之间测得的最高60°、最高45°、最高30°、特别是最高20°的圆锥张角。7.根据权利要求1至6中任一项所述的加工头部(1)，其特征在于，所述耦合单元(3)具有用于形成包覆所述液体射流(200)的气体射流的排气喷嘴(62)。8.根据权利要求7所述的加工头部(1)，其特征在于，所述耦合单元(3)具有贮气腔(40)，其在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中在射束方向上观察布置在所述喷嘴孔(37)之后。9.根据权利要求7或8所述的加工头部(1)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，为了利用用于气体射流的气体供给所述耦合单元(3)，在所述光学单元(2)与所述耦合单元(3)之间形成气体接口(60)，其在射束方向上观察布置在所述光学单元(2)的在射束方向上观察最后的光学元件(20,21.4)之前。10.根据权利要求9所述的加工头部(1)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，所述气体接口(60)具有气体接口面，其以相对于垂直于射束方向取向的平面成角度地取向。11.根据权利要求10所述的加工头部(1)，其特征在于，在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中，所述气体接口面平行于所述射束方向伸延。12.根据权利要求1至11中任一项所述的加工头部(1)，其特征在于，所述耦合单元(3)具有空腔，其在一侧上敞开，并且在所述耦合单元(3)与所述光学单元(2)相连接的状态中所述光学单元(2)伸入所述空腔中。13.根据权利要求1至12中任一项所述的加工头部(1)，其特征在于，所述光学单元(2)形成套筒(23)并且在所述液体接口(50)处包围所述耦合单元(3)。14.一种液体射流-激光加工机(300)，其带有用于使激光射束(100)耦合到液体射流(200)中的加工头部(1)，其中，所述加工头部(1)具有带有用于产生所述液体射流(200)的喷嘴孔(37)的喷嘴(33)，并且所述激光射束(100)能通过聚焦装置(2,305)聚焦到所述喷嘴孔(37)的入口中，以便于将所述激光射束(100)耦合到所述液体射流(200)中，并且其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：B里彻兹哈根，L安德雷格，M埃普勒，A里奇曼恩，
申请(专利权)人：辛诺瓦有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH